プロトン駆動力制御ネットワークの遺伝学解析

• 研究領域: 新光合成：光エネルギー変換システムの再最適化
• 研究課題/領域番号: 16H06555
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 鹿内 利治 京都大学, 理学研究科, 教授 (70273852)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 93,470千円 (直接経費: 71,900千円、間接経費: 21,570千円); 2020年度: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2019年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円); 2018年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2017年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2016年度: 20,410千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 4,710千円)
• キーワード: 光合成 / 葉緑体 / 電子伝達 / プロトン / サイクリック電子伝達 / プロトン駆動力 / KEA3 / Flv / PTOX / チラコイド膜 / イオンチャネル / プロトン濃度勾配 / イオン輸送 / アンチポーター

研究成果の概要

光合成の電子伝達は、電子伝達に連動してチラコイド膜ルーメンを酸性化する。このプロトン濃度勾配は、ATP合成に使われるだけではなく、光合成電子伝達にブレーキをかける。我々は、植物がこのブレーキのかかりを、光合成速度を落とさず、光阻害を回避するように最適化する分子機構を明らかにし、さらにその人為的な改変を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光は光合成に必須であるが、過剰な光の需要は光合成装置を破壊する。我々は、チラコイド膜を介したプロトンの勾配に着目し、この光の効果の二面性を最適化する分子機構の一部を明らかにした。また積極的に光合成制御を改変するアプローチから、光合成を環境に再最適化することが可能であることを示した。

研究成果

• [国際共同研究] Sanghai Normal University(中国)
• [国際共同研究] CEA Grenoble(フランス)
• [国際共同研究] Padova University(イタリア)
• [国際共同研究] パドバ大学(イタリア)
• [国際共同研究] CEA グルノーブル(フランス)
• [国際共同研究] Imperial College London(英国)
• [国際共同研究] ミュンスター大学(ドイツ)
• [国際共同研究] パドバ大(イタリア)
• [国際共同研究] CEAグルノーブル(フランス)
• [国際共同研究] Imperial College London(英国)
• [雑誌論文] Correction to: Flavodiiron proteins enhance the rate of CO2 assimilation in Arabidopsis under fluctuating light intensity (2022)
  • 著者名/発表者名: Basso Leonardo、Sakoda Kazuma、Kobayashi Ryouhei、Yamori Wataru、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: - 号: 2 ページ: 1173-1173
  • DOI: 10.1093/plphys/kiac129
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PTOX-dependent safety valve does not oxidize P700 during photosynthetic induction in the Arabidopsis <i>pgr5</i> mutant (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhou Qi、Wang Caijuan、Yamamoto Hiroshi、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 188 号: 2 ページ: 1264-1276
  • DOI: 10.1093/plphys/kiab541
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of an assembly factor-based subunit contributed to a novel NDH-PSI supercomplex formation in chloroplasts (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato Yoshinobu、Odahara Masaki、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24065-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Contribution of NDH-dependent cyclic electron transport around photosystem I to the generation of proton motive force in the weak mutant allele of pgr5 (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakano Hiroshi、Yamamoto Hiroshi、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1860 号: 5 ページ: 369-374
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2019.03.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolutionary Model of Plastidial RNA Editing in Angiosperms Presumed from Genome-Wide Analysis of Amborella trichopoda (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Kota、Small Ian、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 60 号: 10 ページ: 2141-2151
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz111
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Modification of Activity of the Thylakoid H+/K+ Antiporter KEA3 Disturbs ?pH-Dependent Regulation of Photosynthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang Caijuan、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 181 号: 2 ページ: 762-773
  • DOI: 10.1104/pp.19.00766
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SPL7 locally regulates copper-homeostasis-related genes in Arabidopsis (2018)
  • 著者名/発表者名: Araki Ryoichi、Mermod M?lanie、Yamasaki Hiroaki、Kamiya Takehiro、Fujiwara Toru、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Journal of Plant Physiology 巻: 224-225 ページ: 137-143
  • DOI: 10.1016/j.jplph.2018.03.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PROTON GRADIENT REGULATION 5 contributes to ferredoxin-dependent cyclic phosphorylation in ruptured chloroplasts (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang Caijuan、Takahashi Hiroko、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1859 号: 10 ページ: 1173-1179
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2018.07.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stepwise evolution of supercomplex formation with photosystem I is required for stabilization of chloroplast NADH dehydrogenase-like complex: Lhca5-dependent supercomplex formation in Physcomitrella patens (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato Yoshinobu、Odahara Masaki、Fukao Yoichiro、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 96 号: 5 ページ: 937-948
  • DOI: 10.1111/tpj.14080
  • 査読あり
• [雑誌論文] PGR5-Dependent Cyclic Electron Flow Protects Photosystem I under Fluctuating Light at Donor and Acceptor Sides (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Hiroshi、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 179 号: 2 ページ: 588-600
  • DOI: 10.1104/pp.18.01343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Specific substitutions of light-harvesting complex I proteins associated with photosystem I are required for supercomplex formation with chloroplast NADH dehydrogenase-like complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Otani Takuto、Kato Yoshinobu、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 94 号: 1 ページ: 122-130
  • DOI: 10.1111/tpj.13846
  • 査読あり
• [雑誌論文] NDH-PSI Supercomplex Assembly Precedes Full Assembly of the NDH Complex in Chloroplast (2017)
  • 著者名/発表者名: Kato Yoshinobu、Sugimoto Kazuhiko、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 176 号: 2 ページ: 1728-1738
  • DOI: 10.1104/pp.17.01120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine-tuned regulation of the K+/H+antiporter KEA3 is required to optimize photosynthesis during induction (2017)
  • 著者名/発表者名: Wang Caijuan、Yamamoto Hiroshi、Narumiya Fumika、Munekage Yuri Nakajima、Finazzi Giovanni、Szabo Ildiko、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant Journal 巻: 89 号: 3 ページ: 540-553
  • DOI: 10.1111/tpj.13405
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stromal loop of Lhca6 is responsible for the linker function required for the NDH-PSI supercomplex formation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuto Otani, Hiroshi Yamamoto and Toshiharu Shikanai
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 58 号: 4 ページ: 851-861
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx009
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Alternative electron transport mediated by flavodiiron proteins is operational in organisms from cyanobacteria up to gymnosperms (2017)
  • 著者名/発表者名: Il?k Petr、Pavlovi? Andrej、Kou?il Roman、Alboresi Alessandro、Morosinotto Tomas、Allahverdiyeva Yagut、Aro Eva-Mari、Yamamoto Hiroshi、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: New Phytologist 巻: 214 号: 3 ページ: 967-972
  • DOI: 10.1111/nph.14536
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Grana-localized proteins, RIQ1 and RIQ2, affect the organization of light-harvesting vomplex II and grana stacking in Arabidopsis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Yokoyama, Hiroshi Yamamotoa, Maki Kondo, Satomi Takeda, Kentaro Ifuku, Yoichiro Fukao, Yasuhiro Kamei, Mikio Nishimura,Toshiharu Shikanai
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 28 号: 9 ページ: 2261-2275
  • DOI: 10.1105/tpc.16.00296
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Regulatory network of proton motive force in chloroplasts (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Shikanai
  • 学会等名: ICAR 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The chloroplast NDH complex: Evolution of assembly ad super complex formation with PSI (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Shikanai
  • 学会等名: 1st Japan-US Binational Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure and assembly of the chloroplast NDH-PSI supercomplex (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Shikanai
  • 学会等名: The International Conference on Arabidopsis Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure, assembly and physiological function of the chloroplast NDH-PSI supercompl (2018)
  • 著者名/発表者名: Tohsiharu Shikanai
  • 学会等名: 1st Asia-Oceania International Congress on Photosynthesis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Machinery for the regulation of proton motive force in chloroplasts (2017)
  • 著者名/発表者名: Tohsiharu Shikanai
  • 学会等名: Chloroplast Metabolism and Photosynthesis Meeting, Neuchatel
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of proton motive force by alternative electron transport (2017)
  • 著者名/発表者名: Tohsiharu Shikanai
  • 学会等名: SEB GOTHEBURG 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of photosynthesis via proton motive force (2017)
  • 著者名/発表者名: Tohsiharu Shikanai
  • 学会等名: IBC2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms for optimizing photosynthesis under fluctuating light (2017)
  • 著者名/発表者名: Tohsiharu Shikanai
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of photosynthetic electron transport via proton motive force (2017)
  • 著者名/発表者名: Tohsiharu Shikanai
  • 学会等名: 8th Asia and Oceania Conference on Photobiology 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of proton motive force in photosynthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Shikanai
  • 学会等名: 17th International Congress on Photosynthesis Research, Maastrichit, Netherland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thylakoid membrane structure and PSII dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Yokoyama, Toshiharu Shikanai
  • 学会等名: Finish-Japanese Symposium 2016, Finland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] 第３回国際ワークショップ（Himadri Pakrasi博士） (2018)